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1、7 7 发酵工艺控制发酵工艺控制新编生物工艺学新编生物工艺学 发酵过程技术原理2引言17 发酵工艺控制泡沫对发酵的影响及其控制4发酵条件的影响及其控制3发酵染菌的防治及处理6发酵终点的判断57 发酵工艺控制发酵过程参数监测的研究概况77.1 引言发酵原本是指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇等的分解代谢过程。现在从广义将发酵看做是微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经特定的代谢转变成所需产物的过程。7.2 发酵过程技术原理12分批发酵分批发酵补料补料(流加）流加）-分批（分批（fed-bathfed-bath）发酵）发酵34半连续发酵半连续发酵44连续发酵连续发酵7.2.1 分批发
2、酵12分批发酵的基础理论分批发酵的基础理论重要的生长参数重要的生长参数3分批发酵的优缺点分批发酵的优缺点347.2.1.1 分批发酵的基础理论7.2.1.1 分批发酵的基础理论图7-1 分批培养中的微生物的典型生长曲线7.2.1.1 分批发酵的基础理论7.2.1.1 分批发酵的基础理论7.2.1.1.1 生长关联型7.2.1.1 分批发酵的基础理论7.2.1.1.2 非生长关联型7.2.1.1 分批发酵的基础理论图7-27.2.1.2 重要的生长参数7.2.1.2 重要的生长参数图7-37.2.1.2 重要的生长参数图7-47.2.1.3 分批发酵的优缺点对不同对象，掌握工艺的重点也不同。分批
3、发酵在工业生产上仍有重要地位。7.2.2 补料(流加）-分批（fed-bath）发酵7.2.2.1 补料-分批发酵理论基础7.2.2 补料(流加）-分批（fed-bath）发酵7.2.2.2 分批补料的优化 图7-57.2.2 补料(流加）-分批（fed-bath）发酵图7-67.2.2 补料(流加）-分批（fed-bath）发酵7.2.2 补料(流加）-分批（fed-bath）发酵7.2.3 半连续发酵半连续发酵也有它的不足：放掉发酵液的同时也丢失了未利用的养分和处于生产旺盛期的菌体定期补充和带放使发酵液稀释发酵液被稀释后可能产生更多的代谢有害物，最终限制发酵产物的合成一些经代谢产生的前体可
4、能丢失有利于非产生菌突变株的生长7.2.4 连续发酵7.2.4.1 单级连续发酵的理论基础7.2.4 连续发酵7.2.4 连续发酵图7-87.2.4 连续发酵图7-97.2.4 连续发酵7.2.4.2 多级连续培养可通过以下两种办法浓缩菌体：限制菌体从恒化器中排出，让流出的菌体浓度比罐内的小将流出的发酵液送到菌体分离设备中7.2.4 连续发酵图7-107.2.4 连续发酵7.2.4.3 连续培养在工业生产中的应用7.2.4 连续发酵图7-117.2.4 连续发酵7.2.4.4 连续培养中存在的问题（1）污染杂菌问题（2）生产菌种突变问题7.2.4 连续发酵图7-127.3 发酵条件的影响及其控
5、制7.3 发酵条件的影响及其控制12基质浓度对发酵的影响及其控制基质浓度对发酵的影响及其控制灭菌情况灭菌情况34种子质量种子质量44温度对发酵的影响温度对发酵的影响45pHpH的影响的影响7.3 发酵条件的影响及其控制67溶氧的影响溶氧的影响二氧化碳和呼吸商二氧化碳和呼吸商84加糖、补料对发酵的影响及其控制加糖、补料对发酵的影响及其控制94比生长速率的作用与控制比生长速率的作用与控制47.3.1 基质浓度对发酵的影响及其控制先进的培养基组成和细胞代谢物的分析技术加上统计优化策略和生化研究对于建立能充分支持高产、稳产和经济的发酵过程是关键的因素。7.3.2 灭菌情况7.3.3 种子质量7.3.3
6、.1 接种菌龄 这是指种子罐中培养的菌体开始移种到下一级种子罐或发酵罐的培养时间7.3.3.2 接种量这是指移种的种子液体积和培养液体积之比7.3.4 温度对发酵的影响7.3.4.1 温度对微生物生长的影响图7-137.3.4 温度对发酵的影响7.3.4 温度对发酵的影响图7-147.3.4 温度对发酵的影响图7-157.3.4 温度对发酵的影响7.3.4 温度对发酵的影响7.3.4.2 温度对发酵的影响一般，发酵温度升高，酶反应速率增大，生长代谢加快，生产期提前。7.3.4.3 最适温度的选择7.3.4 温度对发酵的影响7.3.5 pH的影响7.3.5.1 发酵过程中p变化的规律 微生物生长
7、和产物合成阶段的最适p通常是不一样的。这不仅与菌种特性，也与产物的化学性质有关。7.3.5.2 最适p的选择 选择最适发酵p的准则是获得最大比生产速率和适当的菌量，以获得最高产量。7.3.5.3 p的监控 首先从基础培养基的配方考虑，然后通过加酸碱或中间补料来控制7.3.4 温度对发酵的影响图7-167.3.4 温度对发酵的影响图7-177.3.6 溶氧的影响7.3.6.1 临界氧7.3.6 溶氧的影响7.3.6.2 溶氧作为发酵异常的指示（1）有些操作故障或事故引起的发酵异常现象也能从溶氧的变化中得到反映（2）中间补料是否得当可以从溶氧的变化看出（3）污染杂菌（4）作为质量控制的指标7.3.
8、6 溶氧的影响图7-187.3.6 溶氧的影响7.3.6.3 溶氧参数在过程控制方面的应用此控制系统的优点在于它能使发酵的溶氧控制更符合需求达到“控制”参数所需时间缩短可减少由于种子质量的不稳定而导致的批与批间的产量波动能及时调节搅拌与通气以克服发酵过程中出现的干扰7.3.6 溶氧的影响图7-207.3.6 溶氧的影响7.3.6.4 溶氧的控制7.3.6 溶氧的影响7.3.6 溶氧的影响7.3.6 溶氧的影响7.3.6 溶氧的影响（1）搅拌转速对溶氧的影响（2）培养基养分的丰富程度的影响（3）温度的影响（4）产中采用控制气体成分的办法既费事又不经济7.3.6 溶氧的影响7.3.7 二氧化碳和呼
9、吸商7.3.7.1 CO 对发酵的影响7.3.7 二氧化碳和呼吸商7.3.7.2 呼吸商与发酵的关系7.3.7 二氧化碳和呼吸商 7.3.8 加糖、补料对发酵的影响及其控制7.3.8.1 补料的策略 7.3.8 加糖、补料对发酵的影响及其控制图7-21 7.3.8 加糖、补料对发酵的影响及其控制图7-22 7.3.8 加糖、补料对发酵的影响及其控制7.3.8.2 补料的依据和判断 7.3.8 加糖、补料对发酵的影响及其控制 7.3.8 加糖、补料对发酵的影响及其控制图7-23 7.3.8 加糖、补料对发酵的影响及其控制图7-24 7.3.9 比生长速率的作用与控制 7.3.9 比生长速率的作用
10、与控制 7.3.8 加糖、补料对发酵的影响及其控制图7-26 7.3.8 加糖、补料对发酵的影响及其控制图7-277.4 泡沫对发酵的影响及其控制12泡沫的产生及其影响泡沫的产生及其影响发酵过程中泡沫的消长规律发酵过程中泡沫的消长规律34泡沫的控制泡沫的控制44 7.4.1 泡沫的产生及其影响主要表现在：降低了发酵罐的装料系数增加了菌群的非均一性增加了污染杂菌的机会大量起泡，控制不及时，会引起逃液消泡剂的加入有时会影响发酵或给提炼工序带来麻烦 7.4.2 发酵过程中泡沫的消长规律发酵过程中泡沫的多寡与通气搅拌的剧烈程度和培养基的成分有关，还与配比有关。在发酵过程中发酵液的性质随菌的代谢活动不断
11、变化，是泡沫消长的重要因素。7.4.2 发酵过程中泡沫的消长规律图7-28 7.4.3 泡沫的控制7.4.3.1 机械消沫机械消沫是藉机械引力起剧烈振动或压力变化起消沫作用。7.4.3.2 消泡剂消沫7.4.3.3 消沫剂的应用消沫剂或消泡剂，特别是合成消沫剂的消沫效果与使用方式有关。7.5 发酵终点的判断发酵类型的不同，要求达到的目标也不同，因而对发酵终点的判断标准也应有所不同。7.5 发酵终点的判断图7-297.6 发酵染菌的防治及处理12染菌的途径分析染菌的途径分析染菌的判断和防治染菌的判断和防治34生产技术管理对染菌防治的重要性生产技术管理对染菌防治的重要性4 7.6.1 染菌的途径分
12、析染菌的途径不外有以下几方面种子包括进罐前菌种室阶段出问题培养基的配制和灭菌不彻底设备上特别是空气除菌不彻底和过程控制操作上的疏漏 7.6.2 染菌的判断和防治杂菌的侵袭如能及时发现，采取适当的措施是可以防止杂菌的发作、减缓其造成的损失。当然，最根本的措施是预防，不让杂菌有机可乘。7.6.2 染菌的判断和防治图7-30 7.6.2 染菌的判断和防治图7-31 7.7 发酵过程参数监测的研究概况 7.7 发酵过程参数监测的研究概况 7.7 发酵过程参数监测的研究概况7.7.1 设定参数7.7.2 状态参数7.7.3 间接参数7.7.4 离线发酵分析7.7.5 在线发酵仪器的研究进展7.7.6 计算机在发酵过程监控方面的应用 7.7 发酵过程参数监测的研究概况 7.7 发酵过程参数监测的研究概况接上图 7.7 发酵过程参数监测的研究概况 7.7 发酵过程参数监测的研究概况图7-32 7.7 发酵过程参数监测的研究概况图7-33 7.7 发酵过程参数监测的研究概况图7-34Thank you